Cosa significa CCD nelle fotocamere

Il sensore all'interno di una fotocamera digitale è un dispositivo affascinante, che contiene milioni di minuscoli fotositi, i singoli diodi sensibili alla luce che raccolgono i dati dell'immagine. Ognuno di questi definisce un elemento d'immagine e, insieme a tutti i pixel generati dal sensore d'immagine, compongono una fotografia digitale. I sensori d'immagine si presentano in due costruzioni comuni: il dispositivo a carica accoppiata (CCD) e il semiconduttore a ossido metallico complementare (CMOS). I sensori CCD e CMOS funzionano in modi diversi; ognuno ha i propri punti di forza e debolezza.

Costruzione del sensore

I sensori d'immagine convertono l'attività dei fotoni di luce in una piccola carica elettrica, un processo noto come effetto fotoelettrico. In un chip CCD, la carica da ogni pixel viene trasferita fuori dal sensore attraverso uno o due nodi di uscita, dove queste cariche vengono convertite in tensione e bufferizzate prima di essere trasferite fuori dal chip del sensore come segnale analogico, dove la successiva elaborazione digitalizza le informazioni della fotografia. Ogni fotosito su un chip CCD fa nient'altro che raccogliere luce, mentre i sensori CMOS elaborano informazioni e convertono in digitale a ogni fotosito, limitando lo spazio dedicato alla raccolta della luce.

Prestazioni dell'otturatore

Un vantaggio chiave del sensore d'immagine CCD è la sua capacità di usare un otturatore globale, esponendo tutti i pixel alla scena di una fotografia nello stesso momento. In molti aspetti, questo permette al sensore CCD di produrre risultati simili alla pellicola. Ad esempio, se un fotografo sta facendo panning per fotografare un ciclista in gara, lo sfondo mostra sfocatura sia su pellicola che su sensori CCD, mentre un sensore CMOS, usando un otturatore a tendina che espone i pixel sequenzialmente, allunga l'immagine con il movimento di panning.

Velocità del sensore

Rispetto ai sensori CMOS, i chip CCD eccellono nella raccolta della luce ma non fanno molto con i dati a parte scaricarli dal chip del sensore d'immagine. Poiché i dati da un sensore CCD sono limitati a due canali di lettura, lo scambio dati è molto più lento del CMOS, che non solo converte i pixel in forma digitale, ma può emettere su molti canali di lettura. Immagina un canale di lettura come un rubinetto. Con uno o due rubinetti, il CCD può riempire un lavello abbastanza velocemente. Tuttavia, con 8 o 16 rubinetti, il lavello CMOS si riempie in un istante.

Altre curiosità sui CCD

I sensori CCD possono mostrare una caratteristica unica con punti luminosi brillanti che sovrastano un'intera colonna di pixel, un effetto chiamato "smearing". Simile al lens flare nell'aspetto, è un difetto che può essere usato creativamente o minimizzato con la tecnica fotografica. I sensori CMOS sono immuni allo smearing. La tecnologia CMOS è migliorata molto rapidamente negli ultimi anni, grazie al suo uso nelle fotocamere degli smartphone. Tuttavia, le proprietà dei sensori CCD coprono applicazioni che i sensori CMOS non possono, come la fotografia a infrarossi e ultravioletti.